5.4. Классификация и конструкции роторов турбомашин. Расчет валов на кручение и изгиб

Конструктивное и технологическое исполнение роторов определяется типом турбомашины, условиями ее работы (t,p,u), традициями и технологией турбинных заводов.

По форме основного элемента ротора, несущего РЛ, роторы турбомашин подразделяются на дисковые и барабанные.

По технологическому принципу: цельнокованые; с насадными дисками (набранные); сварные; стяжные; сболченные.

1. Цельнокованые роторы.

Достоинства: простота технологии изготовления, стойкость к высоким температурами. Недостатки: относительно большая масса, повышенные затраты метала.

2. Роторы с насадными дисками (набранные) применяют при t<350 ⁰С в ЦСД, ЦНД. При сборке ротора каждый диск нагревают до 100-300 ⁰С и свободно надевают на вал.

Достоинства: возможность получения больших диаметров дисков, высокие механические характеристики, меньший расход металла.

Недостатки: неравномерное распределение напряжений, касательные напряжения возникают на внутренней расточке диска.

3. Сварные роторы применяют для РНД, РСД. Сварка роторов осуществляется на автоматических сварочных станках при медленном вращении собранного ротора в условиях непрерывного подогрева зоны сварных швов токами высокой ча­стоты. После сварки ротор проходит термообработку, а затем ме­ханически обрабатывается.

Достоинства: малый осевой размер поковки отдельного диска позволяет получить высокое качество металла; вязкость разрушения сварного ротора выше, чем у цельнокованого ротора; уменьшены напряжения в центре диска.

Недостатки: неудовлетворительная свариваемость прочных сталей с высоком переделом текучести (щадящий режим термообработки); относительно большая масса и высокая стоимость.

4. Стяжные роторы применяются преимущественно в ГТУ. газовых турбинах, где температура газа высокая, умеренная тем­пература стяжных болтов достигается применением воздушного охлаждения.

Достоинства: ог­раничений в выборе материала и термообработки по обеспечению требований свариваемости нет, поэтому диски стяжного ротора можно выполнять из высокопрочных материалов, сварка которых невозможна или затруднительна.

Недостатки: отверстия в дисках под стяжные болты являются источниками концентрации напряжений; температура стяжных болтов: не должна превышать 300-350 °С для предотвращения ползуче­сти материала с сопутствующей релаксацией напряжений в болтах, что вызывает разбалансировку и высокую вибрацию ротора.

5. Сболченный ротор барабанного типа Достоинства: в более быстром его прогреве при пусках турбины по сравнению цельнокованым. Недостатки: центральная расточка в барабане обусловливает снижение несущей способности ротора; путем соот­ветствующего подбора толщины.

5.5. Метод двух расчетов дисков сплошного профиля Постановка задачи

В данной работе использована постановка задачи расчета диска сложного профиля методом двух расчетов.

В общем виде система уравнений для расчета диска может быть записана в следующем виде:

(1)

где - радиальное и тангенциальное напряжения; n - частота вращения диска; r, y - текущие радиус и ширина профиля диска; - плотность, коэффициент линейного расширения и модуль упругости материала диска; - коэффициент Паусона; t - температура на данном радиусе диска.

Суть метода двух расчетов заключается в следующем. Профиль диска разбивается на № участков, и ни каждом участ­ке реальный профиль диска заменяется профилем постоянной шири­ны. С помощью метода двух расчетов последовательно рассчитыва­ются отдельные участки диска.